收藏本站
《重庆大学》 2017年 硕士论文
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

低功耗机械振动无线传感器网络节点设计

曾超  
【摘要】:机械振动无线传感器网络具有自组织、扩展性强、部署方便灵活等特性,能有效弥补传统有线状态监测系统的局限性,在密闭、旋转、大位移、高温高压等特殊极端环境下具有巨大的应用价值和潜在的应用前景。相较于结构健康监测等低频应用,高采样频率的机械振动无线传感器网络节点性能需求更高。譬如,更高的采样频率,更高的采样精度,更高的同步精度,更高的数据传输速率以及更高的可靠性,高性能需求带来的高能耗弊端,使得无线传感器网络固有的能量受限问题更加严峻。现有的机械振动无线传感器网络节点存在功耗过高,网络生命周期短的问题,难以实现长时间的机械振动状态监测。影响机械振动无线传感器网络节点能耗的因素有很多,包括了振动信号采集、数据缓存与处理、数据传输的多个环节,如:信号采集硬件、信号采样间隔、采样频率、采样长度以及传输过程中拓扑结构是否均衡、发射功率是否最优、传输路径是否优化、原始数据是否进行处理等。本文围绕以下三点影响机械振动无线传感器网络节点能耗的关键因素进行研究:(1)针对目前机械振动无线传感器网络节点硬件能耗高的问题,提出了一种基于单芯双核构架的节点硬件设计方法。首先在保证数据采集精度的前提下,分析影响机械振动无线传感器网络节点能耗的关键因素,设计了低耗散的多路电源管理方案和电源噪声自抑制IEPE传感器驱动电路,避免模拟、数字电路相互串扰,降低噪声对信号采集影响的同时,保证电源电路能量耗散最低;采用高精度的过采样A/D转换模块避免处理器定时中断间隔不稳定影响数据采集精度,并利用A/D内部数字滤波器结合Sallen-Key六阶有源低通模拟滤波器实现了通带平稳、低功耗的动态抗混叠滤波,整体架构上采用内部集成双核的片上系统级芯片作为整体控制核心,集采集、存储、无线传输于一体,在保证机械振动信号采集性能的同时,极大的减小节点能耗。(2)针对机械振动无线传感器网络节点因存储容量有限、信道带宽窄导致节点需将高采样频率下产生的大量振动数据进行分块存储、读取与发送,而数据分块大小将直接影响数据存储、读取与发送能耗的问题,提出了一种节点数据缓冲和发送中的数据分块优化研究方法。为研究各过程数据分块大小与能耗的关系,首先通过实验得出数据存储、读取与发送过程中工作电流、工作时间与数据分块大小间离散关系;然后利用最小二乘法对离散关系进行线性拟合,建立各过程能耗数学模型,结合处理器自身存储容量与通信协议物理层载荷等限制因素,得出使各过程能耗最低的数据分块大小。(3)针对目前机械振动无线传感器网络节点数据传输速率过低,各节点传输空闲度高,能量耗散大的问题,提出了一种基于簇树星型混合拓扑的多信道数据传输方法。首先对各传感器网络节点进行树间通信干扰最小化信道分配,避免邻频干扰影响树间并行通信,在数据采集结束后,各节点以分配信道组建簇树星型混合拓扑网络进行数据传输;然后,采用树间通信握手机制和树间通信优先级抢占机制解决簇树星型混合拓扑带来的树间互盲问题;最后,将各采集节点短地址作为调度信息载入信标进行广播,各采集节点根据调度信息决定是否进行数据传输,保证树内通信数据碰撞最小化,从而实现网络间并行传输,提高数据传输速率,减小数据汇聚过程中节点空闲时间,降低了节点数据汇聚过程中能量耗散。(4)低功耗机械振动无线传感器网络监测系统的设计。基于C#.NET平台开发了数据监控中心软件,实现了无线传感器网络设置、采集参数配置、数据汇聚与显示等功能模块,通过实验验证了本文提出的单芯双核构架节点与多信道数据传输方法的有效性。文章最后对本文工作进行了总结,并展望后续的研究方向。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 鲍凤岐;阎鸣;陈传誉;王进国;王之义;张守瑞;;一种测量微弱机械振动的方法[J];内蒙古大学学报(自然科学版);1984年03期
2 李力;;《机械振动》教学软件项目通过专家鉴定[J];天津纺织工学院学报;1992年01期
3 杨为民;电路类比方法解决机械振动问题[J];云南教育学院学报;1995年05期
4 谢丹;刘幺和;;基于隐式性能指标的机械振动优化设计研究[J];计算机与数字工程;2010年09期
5 王明美;;“几何画板”绘制机械振动的关系图示[J];大学物理实验;2013年04期
6 鲍凤岐;;一种测量微弱机械振动的方法11[J];内蒙古大学学报(自然科学版);1985年04期
7 王文娟;;机械振动分析的Matlab/Simulink仿真研究[J];现代电子技术;2006年24期
8 陈剑;旋转机械振动分析时进行外部采样的一种实现方法[J];合肥工业大学学报(自然科学版);1996年02期
9 施阳阳;张敏;李明越;刘广梅;黄国兵;;一种旋转机械振动检测系统的硬件设计[J];电子世界;2013年11期
10 张聚,杨庆华,王颖玉,周国斌,朱光汉;高速电梯机械振动的时域最优主动控制[J];浙江工业大学学报;2000年01期
11 孙鲁涌,周异;可视化语言工具在机械振动摆分析中的应用[J];杭州电子工业学院学报;2003年03期
12 杨帆;;基于Matlab辅助机械振动教学的应用[J];计算机与数字工程;2013年11期
13 张建武;机械振动的MATLAB处理[J];甘肃科技纵横;2005年01期
14 曲绚,唐丙阳,温熙森;机械振动特征分析中的信号处理技术与微机特征分析系统[J];国防科技大学学报;1989年03期
15 林可;;旋转机械振动状态监测中的不平衡量相位提取方法[J];电子设计工程;2011年14期
16 韩晓君;宫连吉;;在APPLE-Ⅱ微机上实现无闪烁动画图象[J];大连轻工业学院学报;1988年04期
17 闫锴;;基于EMD的机械振动分析与诊断方法研究[J];科技资讯;2014年01期
18 杜呈瑞;成文华;;旋转机械振动基准信号分析[J];中国原子能科学研究院年报;1989年00期
19 董智勇,王会燃;基于Internet的可控监测与诊断技术在机械振动上的应用[J];计算机系统应用;2002年02期
20 徐宝昌;宋永杰;王锐;张增建;;改进的CP公式及其在机械振动故障诊断中的应用[J];计算机与应用化学;2014年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 金未平;刘征宇;张利;;基于多传感器数据融合的机械振动研究[A];全国第20届计算机技术与应用学术会议(CACIS·2009)暨全国第1届安全关键技术与应用学术会议论文集(下册)[C];2009年
2 刘洋;周军;叶超群;;机械振动的成骨效应[A];中华医学会第八次全国物理医学与康复学学术会议论文汇编[C];2006年
3 韩国明;黄润华;张刚;姜元锋;;机械振动、冲击与状态监测标准化工作的国内外进展[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文摘要集[C];2007年
4 韩国明;黄润华;张刚;姜元锋;;机械振动、冲击与状态监测标准化工作的国内外进展[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
5 杨玲;马建国;;机械振动增加油井产量机理研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
6 王颖;;机械振动疗法对上背部皮神经卡压综合征的治疗作用研究[A];中国医师协会第二届康复医学论坛、中国康复医学会第四届青年学术会议、北京康复医学会第三届会员代表大会论文集[C];2005年
7 王殿武;和盟林;毛华伟;;机械振动与监测诊断[A];设备监测与诊断技术及其应用——第十二届全国设备监测与诊断学术会议论文集[C];2005年
8 王义;宁小锋;连项峰;原兵雁;;浅谈机械振动的控制与利用[A];2007年中小高炉炼铁学术年会论文集[C];2007年
9 李福清;;建筑物密集区机械振动传播规律研究[A];中国土木工程学会第十五届年会暨隧道及地下工程分会第十七届年会论文集[C];2012年
10 何立荣;崔武;王宝玉;;探讨机械振动测试及专家诊断系统的新技术[A];2003大型发电机组振动和转子动力学学术会议论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 黄庆卿;机械振动无线传感器网络同步采集与数据压缩方法研究[D];重庆大学;2015年
2 杜金榜;基于语音编码的旋转机械振动数据压缩关键技术与系统研究[D];国防科学技术大学;2011年
3 曹冲锋;基于EMD的机械振动分析与诊断方法研究[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曾超;低功耗机械振动无线传感器网络节点设计[D];重庆大学;2017年
2 杨昕恬;机械振动—激光熔覆Fe-Cr-Si合金界面结合特征及熔池温度场、应力场数值模拟[D];昆明理工大学;2015年
3 陶喜德;机械振动辅助激光熔覆铁基合金涂层的凝固机理及其组织演变[D];昆明理工大学;2015年
4 崔健;新型捞油抽子力学性能分析与研究[D];长春理工大学;2015年
5 陈超;GIL输电管道热致伸缩与机械振动特性研究[D];华北电力大学(北京);2016年
6 孙大明;机械振动对去卵巢大鼠骨折愈合过程中血清指标的研究[D];武汉体育学院;2016年
7 李磊;机械振动协同骨髓干细胞动员对大鼠闭合性骨折愈合血管生成的影响及其可能机制[D];陕西师范大学;2012年
8 范铮;旋转机械振动在线监测系统的研究与开发[D];兰州理工大学;2014年
9 魏井福;干摩擦对机械振动特性影响分析[D];西安建筑科技大学;2010年
10 谢丹;基于隐式性能指标的机械振动优化设计[D];湖北工业大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 刘霞;新技术首次将光场转化为机械振动[N];科技日报;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978